DE1936301C3 - Führungsgetriebe für eine mittelachsige Rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Führungsgetriebe für eine mittelachsige Rotationskolbenmaschine mit wenigstens zwei innerhalb eines ringförmigen, einen Arbeitsraum mit kreisförmigem Querschnitt einschließenden radial geteilten Gehäusemantels mit ungleichförmiger Geschwindigkeit umlaufenden Kolben, die radial innen über zwei Scheiben und radiale Führungsarme mit zwei konzentrisch zur in Seitenteilen gelagerten Welle angeordneten Buchsen verbunden sind, wovon eine Buchse mit der Welle drehfest umläuft, wobei die Führungsarme in einem exzentrisch zur Welle angeordneten, sich drehenden Steuerring mittels Kugelgelenken schwenkbar und radial verschiebbar gelagert sind.

Führungsgetriebe der vorgenannten Art für mittelachsige Rotationskolbenmaschinen sind aus der GB-PS 1 34 869 bekannt, bei der die in einem ringförmigen Arbeitsraum umlaufenden Kolben auf der Maschinenwelle unmittelbar jeweils über eine Führungsscheibe gelagert sind. Die Führungsscheiben liegen dabei radial innerhalb des ringförmigen Arbeitsraumes und schließen diesen auch radial nach innen dichtend ab. Sie wirken dabei miteinander sowie mit den radial nach innen gezogenen Seitenwänden des Gehäusemantels zusammen. Insgesamt gesehen bildet bei einer derartigen Konstruktion der den Arbeitsraum begrenzende Gehäusemantel also lediglich den radial äußeren Endteil eines in sich geschlossenen Gehäuses, in dessen Seitenwänden, die in den die Wände des Arbeitsraumes bildenden Gehäusemantel übergehen, die Maschinenwelle gelagert ist. Axial versetzt zu den Führungsscheiben und damit außerhalb des vom Gehäusemantel radial umschlossenen Raumes liegt das eigentliche Führungsgetriebe, das über Verbindungen an die Führungsscheiben angeschlossen ist und die gewünschte Relativbewegung der Kolben bewirkt

Bei einer derartigen Konstruktion liegt das Steuergetriebe seitlich nach außen versetzt, was nicht nur einen erhöhten Raumbedarf zur Folge hat, sondern zusätzlich auch entsprechende Übertragungselemente bedingt

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer mittelachsigen Rotationskolbenmaschine oben genannter Art ohne Beeinträchtigung der Maschinen-Stabilität und bei sicherer Abdichtung einen möglichst geschlossenen, d. h. kompakten und einfachen Maschinenaufbau zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Führungsgetriebe zentral radial innerhalb des Gehäusemantels angeordnet ist, derart, daß die Führungsarme jeweils unmittelbar mit dem axialen Schenkel der im Querschnitt winkelförmig ausgebildeten Scheibe verbunden sind, deren axialer Schenkel in dichtender Anlage ?n die Führungsfläche des Gehäusemaniels gehalten ist Bei dieser Ausgestaltung werden die Kolben im Hinblick auf Zentrifugalkräfte trotz Anordnung des Führungsgetriebes radial innerhalb des vom Gehäusemantel umschlossenen Raumes sicher abgestützt. Gleichzeitig wird auch ein sicherer dichtender Abschluß des Arbeitsraumes erreicht, und zwar unter Verwendung einfacher und im Prinzip auch erprobter Dichtungselemente.

Für mittelachsige Rotationskolbenmaschinen mit mit ungleichförmiger Geschwindigkeit umlaufenden KoI-ben ist es des weiteren aus der US-PS 29 71 500 auch bereits bekannt, das Führungsgetriebe radial innerhalb des Gehäusemantels anzuordnen. Diese Getriebeanordnung wird allerdings in Verbindung mit einer gänzlich anderen Gesamtkonstruktion vorgesehen, bei der die rechteckigen Arbeitsräume durch Gehäuseseitenwände begrenzt sind, welche jeweils durch zwei radial dichtend aneinanderliegende Wandringe gebildet sind, von denen je einer einer Kolbengruppe zugeordnet ist und die der gewünschten Kolbenbewegung entsprechend über das Getriebe gesteuert sind. Ein derartiger Aufbau ist außerordentlich kompliziert und allein schon wegen der Dichtungsprobleme praktisch kaum zu verwirklichen.

In Ausgestaltung der Erfindung erweist es sich als zweckmäßig, wenn im Obergang zwischen den axialen Führungsflächen des Gehäusemantels und deren radialen Anlageflächen für die Scheiben jeweils eine Anfasung zum Einlegen eines im Querschnitt dreieckförmigen Dichtringes vorgesehen wird, so daß trotz Wegfalls von bis zur Welle durchgeführten Führungsscheiben mit einfachen Dichtringen eine optimale Abdichtung erreicht werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematisierte Darstellung einer geöffneten, hier als Verdichter ausgebildeten mittelachsigen Rotationskolbenmaschine mit Führungsgetriebe,

F i g. 2 eine vollständige Rotationskolbenmaschine der in Fig. 1 gezeigten Art in einem Schnitt gemäß Linie H-II in Fig. J und

F i g. 3 bis F i g. 8 die Maschine gemäß F i g. 1 und 2 in verschiedenen Arbeitsstellungen in einer stark schematisierten Darstellung.

Die in den Figuren dargestellte, als Verdichter arbeitende Rotationskolbenmaschine weist einen Arbeitsraum 1 auf, in dem zwei gleichsinnig umlaufende und gegeneinander bewegbare Kolben 2,3, angeordnet sind. Jeder der Kolben 2,3, die in F i g. 1 in einer Totlage

dargestellt sind und die entsprechend dem Querschnitt des Arbeitsraumes 1 Kreisquerschnitt aufweisen, trägt nahe seinen stirnseitigen Enden Kolbenringe 4. Im Bereich zwischen den Kolbenringen ist der Kolbenkörper in seinem Durchmesser reduziert, um t:ine möglichst geringe Reibung der Kolben 2, _ 3 gegenüber dem Gehäuse zu erreichen. Die Ausgestaltung des Kolbens in seinem abgesetzten Bereich kann im übrigen beliebig sein, wobei es im wesentlichen auf ausreichende Stabilität bei möglichst geringem Gewicht ankommt Die Zwanj»sführung der Kolben 2, 3 wird über ein Führungsgetriebe erreicht, das gleichachsig zum Arbeitsraum 1 auf der Maschinenwelle 6 gelagerte Führungselemente 5 umfaßt. Jedes der Führungselemente 5 besteht im Ausführungsbeispiel aus einem Führungsarm 7, eier an einer auf der Welle 6 sitzenden Buchse 8 befestigt ist. Das aus Führungsarm 7 und Buchse 8 bestehende Führungselement 5 eines der Kolben, hier des Kolbens 2, ist drehfest mit der Welle 6 verbunden und zwar über eine Nutfederverbindung 9. Die Führungselemente 5 sind über einen Steuerring 10 zwanggeführt, der Ausnehmungen 11 zur Durchführung der Arme 7 der Führungselemente 5 aufweist Der Steuerring 10 ist exzentrisch zur Welle 6 angeordnet, was sich insbesondere aus F i g. 2 entnehmen läßt.

Die Verbindung zwischen den Armen 7 der Führungselemente 5, die mit dem Steuerring 10 und den Kolben 2 bzw. 3 umlaufen, und den Kolben 2 bzw. 3 erfolgt über Scheiben 12, 13, die, wie Fig. 2 zeigt, winkelförmig ausgebildet sind und einen radial nach außen sich erstreckenden Schenkel 12a bzw. 13a sowie einen axial sich erstreckenden Schenkel 126 bzw. 136 aufweisen. Die radial nach außen ragenden Schenkel 12a bzw. 13a der Scheiben 12, 13 liegen in einem Ringspalt 14 des aus zwei Gehäusehälften 17, 18 bestehenden Gehäusemantels. Der Ringspalt 14 ist durch Ringbunde 15, 16 begrenzt, die jeweils einer der den Arbeitsraum 1 im wesentlichen bildenden Gehäusehälften 17,18 zugeordnet sind. Die einander zugewandten Seiten der Ringbunde 15, 16 sind als radiale Anlageflächen 19a zumindest in ihrem radial inneren Bereich abgeschrägt und es ist in den durch die Abschrägung entstandenen, im wesentlichen dreiecksförmigen Ringraum ein dreiecksförmiger Dichtring 20 eingesetzt. Zwischen den radial nach außen verlaufenden Schenkeln 12a, 13a der Scheiben 12, 13 ist ein weiterer Dichtring 21 vorgesehen, der in korrespondierenden Nuten angeordnet ist.

In den durch die radial nach außen ragenden Schenkel 12a, 13a der Scheiben 12,13 überdeckten Bereichen der Anlageflächen 19a münden, wie in der Darstellung gemäß F i g. 2 schematisch dargestellt, die Gaswechselkanäle 22 aus, die die Ringbunde 15,16 durchsetzen und von denen im Ausführungsbeispiel nur die Auslaßkanäle angedeutet sind. Da die Scheiben 12,13 mit den Kolben umlaufen, können die Gaswechselkanäle 22 von in den Ringteilen entsprechend angeordneten, zum Arbeitsraum 1 hin offenen Aussparungen 23 übersteuert werden. Es erübrigen sich somit bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Verdichters besondere Steuerelemente.

In die axial sich erstreckenden Schenkel I2i, 136 der Ringteile 12, 13 greifen die Arme 7 der Führungselemente 5 ein, was hier jedoch nur für die Scheibe 12 dargestellt ist. Diese Arme 7 sind schwenkbar und in radialer Richtung verschiebbar gleichzeitig in dem Steuerring 10 geführt, was im Ausführungsbeispiel durch ein Kugelgelenk 24 erreicht wird. Die tragende Verbindung der Kolben 2, 3 mit den Scheiben 12, 13 erfolgt, was F i g. 1 schematisch zeigt, über Stiftverbindungen 25, deren Stifte 26 einerseits in den radial nach außen sich erstreckenden Schenkel 12a, 13a der

S Scheiben 12, 13 und andererseits in den Körper der Kolben 2 bzw. 3 eingreifen. Die radiale Abstützung der Scheiben 12,13 erfolgt über ihre axialen Schenkel 126, 136 an den durch den Innenumfang der Ringbunde IS, 16 gebildeten axialen Führungsflächen.

ίο Zur Fixierung und Zentrierung der Gehäusehälften 17,18 sowie auch zur Lagerung des Steuerringes 10 und der Welle 6 sind im Ausführungsbeispiel Seitenteile 27, 28 vorgesehen, die über Zentrierbunde 29,30 gegenüber den Ringbunden 15, 16 festgelegt sind und sich auf

is diesen abstützen. Die Seitenteile 27, 28 weisen zentrale Ausnehmungen 31,32 auf, in denen die Lager 33 für die Welle 6 angeordnet sind. Als Lager sind Schrägrollenlager vorgesehen, so daß über die Welle die Seitenteile 27, 28 axial gegeneinander verspannbar sind. Die Ausnehmungen 31, 32 sind nach außen hin über Deckel 34 abschließbar. In den Seitenteilen 27, 28 sind innenseitig ferner Ausnehmungen 35,36 vorgesehen, die Kreisquerschnitt aufweisen und in denen der Steuerring 10 geführt ist.

Wie Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 erkennen läßt, liegt die Verbindungslinie der Mittelpunkte 37 der Kugelgelenke 24, also der Führungen für die Arme 7 in dem Steuerring 10 im Ausführungsbeispiel so, daß sie die Achse 38 des Steuerringes 10 schneidet. Diese Anordnung hat zur Folge, daß die Führungselemente 5 nach jeweils 180° Wellendrehung stets wieder die gleiche Lage einnehmen, so daß sich auf eine volle Wellenumdrehung jeweils zwei vollständig gleiche Arbeitstakte ergeben. Dies lassen auch die Darstellungen gemäß F i g. 3 bis 8 erkennen.

Wie F i g. 1 weiter zeigt, wird zur Kühlung des Gehäusebereiches, in dem bei der in den F i g. 2 bis 8 angedeuteten Umlaufrichtung jeweils die Verdichtung stattfindet, über diesen Gehäusebereich jeweils die Luft angesaugt. Im Ausführungsbeispiel ist hierfür im Gehäuse in Umlaufrichtung über den Kompressionsbereich verlaufend ein Kanal 40 vorgesehen, durch den die Kaltluft angesaugt wird. Es lassen sich auf diese Weise auch noch bei thermisch höher belasteten Maschinen Gehäuseverzüge vermeiden.

Da, wie die Stellungsbilder gemäß F i g. 4 bis 8 zeigen, die Verdichtung über einen größeren Umfangsbereich, nämlich praktisch gesehen über 180° erfolgt, kann der jeweils angestrebte Verdichtungsgrad in einfacher Weise dadurch beschränkt werden, daß die Gaswechselkanäle 22, in diesem Fall also die Auslaßkanäle bereits in größerem Abstand vor dem Totpunkt oder erst nach diesem beginnend vorgesehen werden. Werden sie erst nahe dem Totpunkt angeordnet, so ergeben sich hohe Verdichtungen, wird bereits zu einem früheren Zeitpunkt geöffnet, so ergeben sich entsprechend niedere Verdichtungen, wobei natürlich Voraussetzung ist, daß jeweils gegen einen entsprechenden Widerstand, also beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil oder einen Windkessel gefördert wird.

Wie schon die Zeichnungen erkennen lassen, ist die Maschine in gleicher Weise geeignet, auch als Brennkraftmaschine eingesetzt zu werden, wobei abweichend von der hier gezeigten Darstellung naturgemäß entsprechende Anpassungen vorgenommen werden müssen.

In den Darstellungen gemäß F i g. 3 bis 8 zeigt F i g. 3 eine Ausgangsstellung gemäß Fig. 1. Von dieser

Ausgangsstellung aus gesehen verringert sich nachfolgend bis zur oberen Totpunktlage gemäß F i g. 7 der zwischen den Kolben 2 und 3 liegende Arbeitsraum. F i g. 4, 5 und 6 zeigen, wie zwischenzeitlich der andere Arbeitsraum stets größer wird, bis er seine Maximalgröße in Fig.7 erreicht hat. In der Darstellung gemäß Fig.5 sind beide Arbeitsräume gleich groß. Entsprechend der angezeigten Umlaufrichtung stellt der eine Arbeitsraum jeweils den Saugraum, der andere Arbeitsraum jeweils den Verdichtungsraum dar. Die Verschiebung der Kolben gegeneinander bei gleicher Umlaufrichtung ergibt sich durch die verschiedenen Winkellagen der Führungselemente 5 gegenüber dem Steuerring 10 bei gleichzeitiger Veränderung des Radius, d. h. des Abstandes, den der Mittelpunkt 37 einer

S als Kugelgelenk 24 ausgebildeten Führung von der Achse der Welle 6 aufweist.

Die hier als Verdichter beschriebene Maschine kann selbstverständlich unter Beibehalt der prinzipiellen Merkmale auch als Pumpe, Vakuumpumpe oder auch

ίο Motor betrieben werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   I. Führungsgetriebe für eine mittelachsige Rotationskolbenmaschine mit wenigstens zwei innerhalb eines ringförmigen, einen Arbeitsraum mit kreisförmigem Querschnitt einschließenden radial geteilten Gehäusemantels mit ungleichförmiger Geschwindigkeit umlaufenden Kolben, die radial innen über zwei Scheiben und radiale Führungsarme mit zwei konzentrisch zur in Seitenteilen gelagerten Welle angeordneten Buchsen verbunden sind, wovon eine Buchse mit der Welle drefest umläuft, wobei die Führungsarme in einem exzentrisch zur Welle angeordneten, sich drehenden Steuerring mittels Kugelgelenken schwenkbar und radial verschiebbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgetriebe (7, 8, 10) zentral radial innerhalb des Gehäusemantels (17, 18) angeordnet ist, derart, daß die Führungsarme (7) jeweils unmittelbar mit dem axialen Schenkel (12 b, XZb) der im Querschnitt winkelförmig ausgebildeten Scheibe (12,13) verbunden sind, deren axialer Schenkel (126, 136) in dichtender Anlage an die Führungsfläche (196)desGehäusemantels(17,18)gehalten ist
2. 2. Führungsgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Übergang zwischen den axialen Führungsflächen (19/?) des Gehäusemantels (17, 18) und deren radialen Anlageflächen (19a) für die Scheiben (12, 13) jeweils eine Anfasung zum Einlegen eines im Querschnitt dreieckförmigen Dichtringes (20) vorgesehen ist.